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A-GPS新式定位服务2006-01-10 21:54:00

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辅助型全球卫星定位技术(A-GPS)将改变移动应用的部署方式。

高精度基于位置服务(LBS)技术将导致人们看待世界的方式出现重大转变。

届时,人们在分析“我要去哪儿”的时候不再问“我在哪里”,而是问“我当前所在位置附近有哪些人或者东西”。这可能包括众多信息,从即时通信好友名单、最近的加油站,到最近的历史名胜古迹,不一而足。定位技术在提高安全方面的好处很容易被人所理解和认可。不过对移动运营商们来说,更重要的是高精度LBS、尤其是辅助型全球卫星定位技术(A-GPS)对不断发展的移动应用市场所带来的影响:提高收入。

推动商业化定位技术发展的因素来自两个方面:精确度和兼容性。前者可能一目了然,后者则并不明显。如今部署的移动网络(以及演进道路)属于这两大类——GSM或者CDMA。因为A-GPS已成为CDMA系统事实上的高精度标准,所以本文主要讨论部署到GSM/GRPS/UMTS网络当中的定位技术(见图1)。

定位技术面面观

对今天的无线网络而言,小区识别(Cell-ID)是部署最广泛、但精度也是最差的定位技术。小区识别的基本原理就是,在任何一个既定时间,无线网络都知道移动台是与哪个基站在联系,并且知道这个基站的位置。因为移动台有可能建在某个小区的任何一个地方(小区方圆从2公里到20公里不等),所以这种方法的精度很差。

正是由于这个原因,后来开发了更先进的基于时间的方法,譬如增强型观测时间差(E-OTD)和观测到达时间差(OTDOA)技术。这两项技术都使用另外的网络单元——位置测量单元(LMU)来帮助计算位置。不过,E-OTD只工作在GSM/GPRS(2G/2.5G)网络上,而OTDOA只工作在UMTS(3G)网络上。这两项技术有两个问题,具体取决于邻近基站信号的分辨率和结构。首先,有可能每个基站收发信机(BTS)就需要一个LMU,从而导致网络成本过高,而LMU是解决基站信号之间的时间计算问题的重要部件,必不可少;其次,到目前为止所部署的E-OTD技术都无法满足美国联邦通信委员会制订的紧急呼叫服务(E911)精度标准:要求67%的呼叫其精确度在50米之内,95%的呼叫其精确度在150米之内;首次定位时间不得超过30秒,因而最终阻止了这项技术的大规模部署。

关注高精度

辅助型GPS出现之前,有的只是普通型GPS。虽然GPS最初作为一种军用系统而开发,但后来推广到了一系列民用领域。在商业环境下,GPS技术主要有两个问题:初始位置计算即首次定位时间(TTFF)往往差强人意,长达几分钟;室内或者其他恶劣环境譬如与天空隔绝的位置定位有时很困难。A-GPS定位服务器提供的辅助数据对这两个方面都做了改进,办法就是缩小移动设备的卫星搜索范围,从而提高探测敏感度、缩短位置计算过程。

图2显示了A-GPS系统的三个主要部件:具有A-GPS功能的移动台或手机;广域参考网(WARN)或者全球参考网(GRN),负责积极跟踪24颗最小配置的GPS轨道卫星;A-GPS定位服务器,在移动网络内部实际进行或帮助位置计算。

具有A-GPS功能的移动台是A-GPS系统的一个关键部件。手机工作于两种基本模式下:基于移动台模式或者移动台辅助模式。在移动台辅助模式下,手机接收到A-GPS定位服务器发来的一小组辅助数据(即暂时数据),利用这些数据计算出距离一组特定的GPS卫星的伪距;然后把这一信息发回给定位服务器,最后由定位服务器计算出手机位置。

在基于移动台模式下,手机收到定位服务器发来的数量多一点的一组辅助数量,然后在本地计算位置。无论在哪种情况下,A-GPS部署方案都要用到两种基本的网络拓扑结构:控制平面(control plane)和用户平面(user plane)。如果想支持紧急呼叫操作,就要部署控制平面;而且往往要更新或升级到核心无线网络基础设施。不过,这允许语音和数据可以同时出现在活动呼叫中,从而使紧急接线员在接到求助人员打来电话的同时,可以确定其所处位置。

用户平面部署方案利用了现代无线数据网络的IP功能,因而可以迅速推广极可能为早期实现的LBS起到引路作用的网络。从本质上来说,用户平面的IP连接是一种承载数据即定位流量的纯数据话路。因为大规模部署具有用户平面功能的手机将必不可少,所以开放移动联盟(OMA)目前正在从事标准化工作,着力定义这种名为安全用户平面(SUPL)的接口。而在过渡阶段,非标准机构批准的替代接口在具有A-GPS功能的手机上得到支持。最后几个关键部分就是Java、J2ME和Brew应用程序,它们可以下载到最新款式的手机上(这非常像游戏),提供定制的用户接口,访问手机里面的GPS信息。

提高收入的服务

当然,如果部署的A-GPS所提供的好处并没有因此促进移动应用部署推广、运营商收入增加,那么上述优势都无关紧要。虽然高精度LBS将对众多的移动应用产生积极影响,不过最广为人知的往往还是其在导航和安全方面的服务。以下数据所基于的复杂模拟模型包括了众多的假定性因素(平均每用户收入、具有A-GPS功能手机的数量、用户增长率等等)。不过重要的是,这些假定因素不会在A-GPS部署方案前后发生变化。被公认的财务衡量指标——毛收入和净现值按5年期计算。

以基于导航的服务(譬如Avis Assist提供的转弯行驶方向服务)为例,结果相当惊人:在部署A-GPS之前,5年期收入和净现值各自为6700万美元和2600万美元多一些。部署A-GPS后,直接应用(纯LBS应用)和间接应用(下面将要讨论)对运营商收入和净现值的累积效应几乎增加了5倍,各自增至2.62亿美元和1.29亿美元。同样,以基于安全的服务(譬如uLocate提供的孩子跟踪警报服务)为例,效果更为显著:在部署A-GPS之前,5年期收入和净现值各自为1400万美元和400万美元多一些;而部署A-GPS后,5年期收入和净现值各自增长了10倍之多,各自增至2.58亿美元和6800万美元。

部署高精度LBS还会带来一些间接好处。譬如说,上述方案中部署的A-GPS往往会带来数据流量(如绘图信息)以及消息传送流量(如最新跟踪信息)增长。更为移动运营商关注的是减少了客户流失、增强了客户忠诚度。尽管一些网络单元可以进行定量模拟,但根据LBS应用的价值吸引客户能够带来更大的好处。

重大转变

虽然原先技术在过去十年带来的是落空的希望和不如人意的表现,但A-GPS技术必然会实现高精度LBS给予的承诺。这项技术能够直接及间接提高收入的功能有时很明显(如“我在哪儿”),有时却不太明显(如增加数据流量)。不过,有一点可以肯定:A-GPS技术的大规模商业部署将导致人们看待周围的方式和部署移动应用的方式都会出现重大转变。

A-GPS技术

GPS技术自20世纪70年代后期投入使用以来,因其全天候、高精度的定位性能,已在世界范围内得到广泛应用。使用GPS设备的重要前提之一是接收机与卫星之间有直射路径,这又使GPS在建筑物密集的城区及建筑物内部存在信号接受盲区。

新推出的A-GPS(assisted global positioning satellite,辅助型全球卫星定位)技术融合了GPS高精度定位与蜂窝网高度密集覆盖的特性,既保证了在城市范围内蜂窝定位的精度,也扩大了GPS的覆盖范围,A-GPS可以通过蜂窝网络的空中接口使终端获得卫星的有效参数。另外,A-GPS的响应时间明显快于传统的GPS。GPS定位的初始捕获时间较长,通常为30~900s,这取决于卫星与终端相对位置,A-GPS则可将初始捕获时间减少到5~10s。

A-GPS技术系统的兼容性很强,若在网络中增加GPS功能模块,即可实现基本的定位功能。定位过程的实现与空中接口标准没有必然联系,因此GPS定位技术能方便快捷地为所有蜂窝网络提供定位服务。高通公司已研制开发出集成了GPS定位功能的小型化芯片组UEM5100,并已用于子公司SnapTrack推出的GPSone系统中。随着芯片制造技术的进步、GPS系统本身定位精度提高及成本降低,A-GPS最终将取代各种传统无线定位技术,成为蜂窝移动通信系统提供定位服务的主要技术手段。

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